城市高架橋綠化自動滴灌系統(tǒng)設(shè)計探討

程瑞 方韜

（合肥市規(guī)劃設(shè)計研究院 安徽合肥 230041）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市中建立很多立交。目前高架橋綠化已經(jīng)越來越普及，對城市的綠化及各個方面都起到了重要的作用。本文以合肥市北二環(huán)高架橋工程為例，就高架橋綠化灌溉給排水設(shè)計相關(guān)問題進(jìn)行探討。

1 工程概況

本次設(shè)計的北二環(huán)自西二環(huán)至合武鐵路，全長約5.0km，規(guī)劃為城市快速路。西二環(huán)路～淮北路西段規(guī)劃紅線寬70m，淮北路西～合武鐵路段規(guī)劃紅線寬60m。全線高架起于西二環(huán)節(jié)點，終于鐵路西側(cè)，高架全長約4.5km。高架快速路主橋自懷寧路以西230m處起橋，南向東匝道橋自西二環(huán)節(jié)點以東220m處起橋，主橋和西二環(huán)節(jié)點南向東SE匝道橋在懷寧路交口以東并橋后向東連續(xù)跨越淮王路（規(guī)劃）、青松路、四里河路、武警支隊出入口、森景大道、農(nóng)科北路、蘭花路、大房郢路（在建）、潘集路（規(guī)劃）后在潘集路以東約430m落地。

本次設(shè)計為北二環(huán)高架橋綠化自動滴灌給排水設(shè)計。

2 高架橋綠化灌溉方式選擇

常用高架橋綠化灌溉方式有灑水車灌溉[1]、噴頭灌溉[2]和滴灌灌溉。

灑水車灌溉可采用市政灑水車，前期投資費(fèi)用低。但是由于灑水車澆灌時車速需減緩，不僅影響正常交通行進(jìn)，同時也影響了工作效率。而且通過灑水車澆灌，水量大，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，還易將花盆中的植物沖的東倒西歪，影響美觀。

噴頭灌溉需敷設(shè)管道，前期投資費(fèi)用較高，對橋上交通影響小。但是因高架橋花槽寬度很小，噴灑出的水流不會對橋下路面行車造成一定干擾，對水資源造成一定浪費(fèi)。

滴灌灌溉范圍小而精準(zhǔn)，灌溉效率高，節(jié)水效果好，不影響交通，管理方便。但是需設(shè)置配套水源系統(tǒng)、敷設(shè)管道等，前期投資費(fèi)用高。

為避免影響快速路交通、節(jié)約水資源，本工程中高架橋綠化灌溉采用滴灌給水方式。

3 滴灌系統(tǒng)設(shè)計探討

3.1 滴灌水源系統(tǒng)設(shè)計

高架橋綠化滴灌用水一般采用市政自來水。本工程中滴灌水源系統(tǒng)包括蓄水池、肥液池、設(shè)施井、水表井、泄水閥門井、泄水井、控制柜等。

3.1.1 蓄水池

本工程中市政自來水經(jīng)蓄水池放置去氯后，經(jīng)加壓水泵加壓后方可供給高架橋綠化灌溉用。蓄水池內(nèi)自來水停留時間按48h考慮，同時蓄水池兼具儲備市政給水管網(wǎng)停水期間灌溉用水。蓄水池內(nèi)壁敷設(shè)防藻隔膜，厚度為0.75mm。

3.1.2 肥液池

肥液池有效容積約1m3，內(nèi)設(shè)攪拌機(jī)，用于貯存、調(diào)制肥液，肥液經(jīng)隔膜泵提升加壓后供給滴灌管網(wǎng)系統(tǒng)。肥液池內(nèi)壁敷設(shè)肥液池專用膜，厚度1.0mm。

3.1.3 水表井

水表井用于設(shè)置計量水表、倒流防止器、閘閥、電磁閥等。

3.1.4 設(shè)施井

設(shè)施井用于設(shè)置隔膜泵、過濾器、遠(yuǎn)程壓力表、止回閥等。

3.1.5 泄水閥門井

泄水閥門井用于設(shè)置電磁閥、閘閥等，主要用于人工或自動控制進(jìn)行蓄水池、肥液池泄水排空。

3.1.6 泄水井

泄水井用于匯集蓄水池、肥液池、設(shè)施井等溢流水、泄流水等并就近排至市政污水管中。

3.2 滴灌水源節(jié)點及管道布置

3.2.1 橋上管道布置

考慮到橋梁防撞欄尺寸空間有限，為方便敷設(shè)，橋上滴灌管道尺寸不宜過大。本工程中橋上滴灌管道分為輸水管、配水管，輸水管負(fù)責(zé)輸水，管徑為De50，配水管負(fù)責(zé)配水，管徑為De25，管材為PE管。配水管由輸水管上引出，一般不超過150m，以保證配水均勻性，由電磁閥控制。配水原理圖如圖1所示。

圖1 滴灌系統(tǒng)配水原理

本工程中橋梁兩側(cè)設(shè)置花槽，為提升美觀，同時避免陽光暴曬，橋上滴灌管道隱蔽敷設(shè)于花盆下方，如圖2所示。

圖2 橋上管道布置

De50輸水管每隔30m及橋梁伸縮縫處設(shè)置一道不銹鋼伸縮節(jié)，以應(yīng)對橋梁伸縮縫及自身熱脹冷縮變形。De50采用固定支架、活動支架固定，每隔30m設(shè)置固定支架，固定支架間設(shè)置不銹鋼伸縮節(jié)。De25配水管采用固定支架固定。

3.2.2 水源節(jié)點布置

水源節(jié)點數(shù)量及位置設(shè)計應(yīng)綜合考慮高架橋長度、需水量、水頭損失及豎向高程等。本工程高架橋全長約4.5km，全線共4個相對高點，高差較大。為避免加壓水泵揚(yáng)程過大，同時有效利用地形以保證壓力均勻性。本工程中共設(shè)置4座滴灌水源系統(tǒng)，分別為4個相對高點附近，單個滴灌水源系統(tǒng)服務(wù)長度約1.1km。

3.2.3 水泵流量及揚(yáng)程

（1）需水量

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本工程綠化澆灑用水量標(biāo)準(zhǔn)取3L/m2·cap。工程高架橋上花盆總數(shù)量為21422個，總綠化面積約2742m2，則總需水量為8.22m3/d，其中單個花盆需水量為0.384L/cap。

結(jié)合水源節(jié)點設(shè)置及橋上管道布置，本工程中4組滴灌系統(tǒng)分別總需水量為 1.91m3/d、2.23m3/d、2.18m3/d、1.90m3/d。

（2）滴灌時間

本工程選用外插式壓力補(bǔ)償?shù)喂喙?，單滴頭流量為2L/h。每個花盆設(shè)置一個滴頭，則花盆灌溉完成所需時間至少為0.192h。

（3）設(shè)計流量

為避免管道流量過大，滴灌系統(tǒng)運(yùn)行時分段依次啟動關(guān)閉輸水管與配水管間電磁閥，本工程滴灌系統(tǒng)運(yùn)行時間按1h控制。則本工程中4組滴灌系統(tǒng)水泵設(shè)計流量為 1.91m3/h、2.23m3/h、2.18m3/h、1.90m3/h。

（4）設(shè)計揚(yáng)程

水泵設(shè)計揚(yáng)程H=高差H1+水頭損失hs+最不利點處滴頭所需最小壓力H0

其中：高差H1=最不利點處滴頭高程-蓄水池設(shè)計最低水位高程水頭損失hs=沿程水頭損失+局部水頭損失

滴頭所需最小壓力為0.1MPa

經(jīng)計算，本工程4組滴灌系統(tǒng)水泵設(shè)計揚(yáng)程分別為33.1m、35.2m、32.6m、34.7m。從計算數(shù)據(jù)可知，由于水源節(jié)點均設(shè)置在相對高點附近，且系統(tǒng)服務(wù)范圍相差不大，所以水泵設(shè)計揚(yáng)程相差不大。

（4）水泵型號

結(jié)合各組滴灌系統(tǒng)設(shè)計流量、設(shè)計揚(yáng)程，為方便管理，同時考慮一定的富余量，本工程中滴灌系統(tǒng)水泵采用變頻泵，所選取的水泵流量統(tǒng)一為3m3/h，揚(yáng)程為36m。單組滴灌系統(tǒng)設(shè)置2座水泵，一用一備。

3.3 滴灌控制系統(tǒng)設(shè)計

為方便管理，本工程中滴灌系統(tǒng)采用中央控制系統(tǒng)。用戶可通過任何手機(jī)登陸全中文APP系統(tǒng)，對灌溉進(jìn)行編程、實時監(jiān)控，系統(tǒng)出現(xiàn)異常自動向用戶發(fā)出警報，對用水量進(jìn)行實時監(jiān)測統(tǒng)計。程序設(shè)置好后該系統(tǒng)會自動灌溉，外接雨量傳感器可在下雨時自動停止工作。該控制器安裝于蓄水池附近，可手機(jī)上中文APP。所選取的滴灌系統(tǒng)均能接入后期市政統(tǒng)一管理平臺，并能通過市政部門統(tǒng)一管理平臺對整個區(qū)域滴灌系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

橋上滴灌區(qū)由電磁閥控制，通過灌溉控制器控制滴灌，控制器和電磁閥組成自動或半自動灌溉控制系統(tǒng)?？刂破髦糜诜烙觌娤鋬?nèi)，控制線于供水干管或支管管溝穿套管敷設(shè)，置于供水管側(cè)?？刂破髋湓O(shè)一個無線雨量傳感器，在下雨達(dá)到預(yù)設(shè)水量時會自動暫停灌溉系統(tǒng)，節(jié)省用水。通過合理設(shè)置，灌溉系統(tǒng)運(yùn)行時間避開用水高峰及交通高峰時段，以免影響居民用水及交通安全。

本工程中滴灌、施肥、泄水等均能通過智能或現(xiàn)場手動（半自動）雙模式控制。

3.4 滴灌排水系統(tǒng)設(shè)計

3.4.1 澆灌余水及雨水

常規(guī)排水方式為在花槽下方設(shè)置排水管，收集澆灌余水及雨水。本工程中結(jié)合防撞護(hù)欄結(jié)構(gòu)，設(shè)置排水管將槽內(nèi)積水直接排至橋面，后經(jīng)橋面雨水口收集后排至地面雨水系統(tǒng)。排水管位置見圖2。

3.4.2 管道排空

為防止冬天溫度過低凍壞給水管，需放空給水管內(nèi)余水，本次設(shè)計在管道相對低點處設(shè)置泄水閥門。冬季在氣溫降至2℃前開啟放空滴灌系統(tǒng)內(nèi)積水以避免低溫時管道內(nèi)結(jié)冰。泄水可遠(yuǎn)程控制或現(xiàn)場人工手動控制。泄水管道就近接入雨水系統(tǒng)。

3.4.3 管道排氣

管道內(nèi)存有的氣體既影響水流通暢又容易導(dǎo)致產(chǎn)生水錘現(xiàn)象。故本次設(shè)計在滴灌管道相對高點處均設(shè)置排氣閥，以及時排出管道內(nèi)氣體。

4 結(jié)語

本文結(jié)合合肥市北二環(huán)高架橋工程設(shè)計，從滴灌水源系統(tǒng)設(shè)計、滴灌水源節(jié)點及管道布置、滴灌控制系統(tǒng)設(shè)計、滴灌排水系統(tǒng)設(shè)計等方面，探討了滴灌水源系統(tǒng)組成、水源節(jié)點位置選擇、橋上滴灌管道布置、控制系統(tǒng)選擇及要求、管道排水及排氣等問題。相比常見橋上滴灌管道布置，本工程創(chuàng)新性結(jié)合防撞護(hù)欄構(gòu)造，將橋上滴灌管道敷設(shè)于花槽底部，既增強(qiáng)了美觀效果又避免了管道外露導(dǎo)致長期暴曬引起老化問題。此點設(shè)計可為其他高架橋滴灌管道布置提供一定的參考。